KR100559726B1

KR100559726B1 - 자동 강사 추적시스템 및 추적 방법

Info

Publication number: KR100559726B1
Application number: KR1020030038658A
Authority: KR
Inventors: 정양환
Original assignee: (주)지온소프트
Priority date: 2003-06-16
Filing date: 2003-06-16
Publication date: 2006-03-10
Anticipated expiration: 2023-06-16
Also published as: KR20040107954A

Abstract

본 발명은 연속적으로 설치된 외부센서의 송신신호를 수신하여 이동 물체를 연속적으로 추적하는 추적 시스템 및 추적 방법에 관한 것이다.

이중에서 본 발명의 시스템은, 강단의 한쪽면에 일정한 높이와 일정한 간격으로 일렬로 배열되어 강사의 위치를 검출하기 위한 다수의 센서; 줌인/줌아웃 기능과 틸팅, 패닝 동작이 가능하여 제어명령에 따라 강사를 추적하면서 촬영할 수 있는 비디오 카메라; 및 설치시의 시스템 설정과 필요시 사용자 정의 등 다양한 설정이 가능하고, 동작시 상기 센서의 감지신호를 입력받아 해당 강사 위치로 상기 비디오 카메라를 이동시키기 위해 상기 비디오 카메라를 제어하는 컨트롤러를 구비한다.

따라서 본 발명은 인터넷 강의나 원격강의 등에서 역동적인 화면을 구성할 수 있고, 비디오 카메라 조작을 위한 인건비를 절감할 수 있다.

추적, 비디오 카메라, 센서, 이동, 트래킹, 줌인/줌아웃, 포커싱

Description

자동 강사 추적시스템 및 추적 방법{System and Method of auto-tracking lecturer }

도 1은 본 발명에 따른 개념을 도시한 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 자동 강사 추적시스템의 구성을 도시한 블럭도,

도 3은 도 2에 도시된 컨트롤러의 구성 블럭도,

도 4는 본 발명의 자동 강사 추적시스템을 설치할 때 시스템을 설정하는 절차를 도시한 순서도,

도 5는 본 발명의 자동 강사 추적시스템에서 사용자 정의 절차를 도시한 순서도,

도 6은 본 발명에 따른 자동 강사 추적시스템에서 강사 추적절차를 도시한 순서도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10-1~10-n: 센서 20: 컨트롤러

21: 입출력 포트 22: 프로세서

23: 직렬통신포트 24:표시부

25: EEPROM 30: 비디오 카메라

본 발명은 비디오 카메라가 피사체를 추적하게 하는 목표 추적 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연속적으로 설치된 외부센서의 송신신호를 수신하여 이동 물체를 연속적으로 추적하는 추적 시스템 및 추적 방법에 관한 것이다.

최근 전자 통신 기술의 눈부신 발전으로 교육환경의 전자화도 빠르게 진행되고 있다. 즉, 강의실에 영상교육시스템 등이 설치되어 강의와 함께 영상자료들을 동시에 비추어 줌으로써 교육 효과를 극대화시키고 있다.

또한, 강의실의 수용인원의 공간적인 문제점 때문에 최근에는 한 공간에서 실행 중인 강의상황을 비디오 카메라로 촬영하여 공간적으로 이격된 다른 공간에 설치된 대형 디스플레이에 생중계 또는 녹화를 함으로써 보다 많은 수강인원들에게 동시 강의를 수행할 수 있다.

한편, 인터넷을 통한 온라인 사이버 강좌가 폭발적으로 증가되어 감에 따라 영상강의자료의 촬영작업이 증가되고 있다.

이와 같은 현재 추세에 비추어 영상강의자료의 수요가 급속히 증가되고 있다.

일반적으로, 인터넷 강의실 혹은 원격 교육시스템 등에서 강사가 강의를 할 때 강사를 촬영하는 비디오 카메라는 고정된 각도에서만 촬영하므로 강사가 지정된 자리 외에는 이동할 수 없어 수동적인 화면만으로 정보를 전달해야 했다. 따라서, 강의 화면이 다채롭고 다양하지 못할 경우 단조롭게 비추어지므로 시선 집중도가 떨어지고, 강사는 비디오 카메라의 앵글을 벗어날 수 없으므로 다양한 표현으로 강의를 할 수 없는 문제가 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 종래에는 비디오 카메라를 조정하는 사람이 별도로 강의 시간동안 계속 강사를 추적해야만 했기 때문에 불편하고, 인건비가 증가되는 문제점이 있었다.

따라서, 종래에는 강사의 몸에 위치발신기를 착용하고 비디오 카메라에서 위치발신기로부터 제공된 위치신호를 수신하여 비디오 카메라의 앵글이 강사의 위치를 추적하도록 하였다. 그러나 이와 같은 기술은 위치 발신기와 비디오 카메라 사이의 위치 정보를 송수신하기 위해서는 무선송수신 기술의 사용으로 설비값이 증가되는 문제가 있다. 또한, 강사가 강의시 다양한 각도로 움직이고 있기 때문에 적외선 방식의 경우 강사의 위치에 따라 송수신이 제대로 되지 못하여 비디오 카메라가 강사의 위치를 제대로 추적하지 못하는 에러가 발생하는 등의 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 강사가 이동하는 강단에 센서를 설치하여 이들 센서의 작동시 신호가 송신되면 컨트롤러가 각 센서의 위치에 해당하는 곳으로 비디오 카메라를 회전시키고 강사의 움직임에 따라 적절한 속도로 강사를 추적하여 촬영할 수 있는 추적 시스템 및 추적 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 동작이 확실하면서도 비용이 저렴한 추적 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 시스템은, 강단을 가로질러서 일정한 높이와 일정한 간격으로 일렬로 배열되어 타겟(강사)의 위치를 검출하기 위한 다수의 센서들; 줌인/줌아웃 기능과 틸팅, 패닝 동작이 가능하여 제어명령에 따라 타겟(강사)을 추적하면서 촬영할 수 있는 비디오 카메라; 및 설치시의 시스템 설정과 필요시 사용자 정의 등 다양한 설정이 가능하고, 동작시 상기 센서의 감지신호를 입력받아 해당 타겟(강사) 위치로 상기 비디오 카메라를 이동시키기 위해 상기 비디오 카메라를 제어하는 컨트롤러를 구비하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 컨트롤러는 조작을 위한 키입력수단과, 동작상태 및 설정값을 표시하기 위한 표시부, 센서와 인터페이스를 위한 입출력포트, 비디오 카메라와 인터페이스하기 위한 직렬 통신포트, 설정값을 저장하기 위한 이이피롬, 소정의 소프트웨어를 실행하여 상기 키입력에 따라 상기 이이피롬에 설정값을 저장하고, 상기 표시부를 제어하며, 상기 입출력포트를 통해 입력된 센서신호에 따라 상기 비디오 카메라를 이동하기 위한 제어신호를 상기 직렬 통신포트를 통해 출력하는 프로세서로 구성된다.

다수의 센서들은 적외선 감지센서들로 구성되고 각 센서는 감지거리를 조정하기 위한 조정볼륨을 가진다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 센서 수, 중앙에 위치한 센서의 번호, 센서와 센서 사이의 거리, 패닝속도, 좌/우 한계값을 설정하는 시스템 설정단계; 비디오 카메라의 틸트값을 설정하는 틸트조정과, 비디오 카메라의 줌을 조정하는 줌 조정, 줌기능이 온된 경우 수행하는 줌 에리어 조정, 및 줌기능이 오프된 경우 수행하는 포커스 조정을 처리하는 사용자 정의 단계; 및 상기 조정이 완료된 후 센서들로부터 입력된 감지신호에 따라 비디오 카메라를 이동하여 타겟(강사)을 추적하는 트래킹 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 강사 추적 개념을 도시한 개략도로서, 강의실 강단의 뒤편에 일정 간격으로 n개의 적외선 센서들(10-1~10-n)이 설치되어 있고, 그 앞 강단에는 강사가 위치하고 있으며, 강사의 맞은 편에는 컨트롤러(20)의 제어에 따라 강사를 추적 촬영하는 비디오 카메라(30)가 설치되어 있다. 적외선 감지센서들은 발광부와 수광부가 일체로 형성되어 발광부를 통하여 적외선을 전방으로 발사하고 발사된 적외선이 물체로부터 반사된 적외선을 수광부로 수광함으로써 물체를 감지한다. 감지거리는 조정볼륨을 통하여 강단의 전후 폭을 감안하여 대략 1.5m 이내로 조정된다. 강단의 우측 또는 좌측에 교탁이 설치된 경우에는 교탁이 감지되지 않도록 대응하는 센서들의 감지거리를 조정하여 세팅한다.

이와 같은 본 발명의 시스템이 설치된 강단에서 강사가 이동하면, 센서(10- 1~10-n)가 강사의 위치를 검출하여 컨트롤러(20)에 전달하고, 컨트롤러(20)는 이에 따라 비디오 카메라(30)를 제어하여 비디오 카메라(30)가 강사를 계속 추적할 수 있도록 되어 있다.

도 2는 본 발명에 따른 강사 추적시스템의 구성을 도시한 블럭도이다.

본 발명에 따른 강사 추적시스템은 도 2에 도시된 바와 같이, 강단을 가로질러서 일정한 높이와 일정한 간격으로 일렬로 배열되어 강사의 위치를 검출하기 위한 다수의 센서(10-1~10-n)와, 설치시의 시스템 설정과 필요시 사용자 정의 등 다양한 설정이 가능하고 센서의 감지신호를 입력받아 비디오 카메라(30)를 제어하기 위한 컨트롤러(20)와, 줌인/줌아웃 기능과 틸팅, 패닝 등 다양한 동작이 가능하여 컨트롤러(20)의 제어명령에 따라 강사를 추적하면서 촬영하는 비디오 카메라(30)로 구성되어 있다.

도 2를 참조하면, N개의 센서들(10-1~10-n)은 컨트롤러의 입출력 포트(도3의 21)에 입력으로서 연결되어 있고, 비디오 카메라(30)는 RS232C 직렬 통신포트(도3의 23)를 통해 연결되어 있다. 각 센서(10-1~10-n)는 도 1에서와 같이 강단의 후면에 일정 높이, 일정 간격으로 설치되어 강사의 위치를 검출하여 검출된 신호를 I/O포트(21)를 통해 프로세서(도3의 22)에 전송한다. 본 발명의 실시예에서는 컨트롤러가 직렬통신포트를 통해 비디오 카메라를 제어하는 것으로 설명하였으나 적외선신호(리모콘신호)를 통해 무선으로 제어할 수도 있다.

컨트롤러(20)는 도 3에 도시된 바와 같이, 센서들(10-1~10-n)을 연결하기 위한 입출력(I/O) 포트(21)와, 조작을 위한 메뉴(MENU) 버튼(K1), 셋(SET) 버튼(K2), 다운(DN) 버튼(K3), 업(UP) 버튼(K4)과, 전체동작을 제어하기 위한 프로세서(22), 비디오 카메라(30)와 통신하기 위한 RS232C 드라이버(23), LCD로 되어 동작상태를 표시하기 위한 표시부(24), 설정값을 저장하기 위한 이이피롬(25) 등으로 구성되어 있다.

업(UP) 버튼(K4)은 설정값을 증가 혹은 변화시키고, 다운(DN) 버튼(K3)은 설정값을 감소 혹은 변화시키며, 셋(SET) 버튼(K2)은 변경한 설정값을 저장할 때 사용한다. 메뉴 (MENU) 버튼(K1)은 설정할 메뉴를 선택할 때 사용한다.

비디오 카메라(30)는 팬/틸트 발판(Pan/Tilt Pedestal)이 장착된 고해상도 이미지의 비디오 카메라로서, RS-232C 케이블(혹은 리모콘신호)을 통해 컨트롤러(20)와 연결되어 컨트롤러(20)의 제어명령에 따라 강사를 추적한다. 피사체의 밝기 및 배경 조명상태 유지를 위한 자동노출 및 배경조명 보정기능이 있으며, 피사체의 크기에 따라 항상 안정된 피사체를 촬영할 수 있도록 오토 줌 기능이 있다.

도 4는 본 발명의 강사 추적시스템을 설치할 때, 시스템을 설정하는 절차를 도시한 순서도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 시스템을 처음 설치할 때 컨트롤러(20)의 조작 버튼(메뉴(MENU) 버튼, 셋(SET) 버튼, 다운(DN) 버튼, 업(UP) 버튼)(K1~K4)을 이용하여 센서 수와, 중앙에 위치한 센서번호, 센서 사이 거리, 패닝속도, 좌측 한계값, 우측 한계값 등을 설정한다. 이러한 시스템 설정은 일반 사용자는 조작하지 못하도록 하고, 설치자 및 관리자만 설정할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

센서 수 설정단계(401)에서는 설치한 센서(10-1~10-n)의 총 개수를 설정하는데, 본 발명의 실시예에서는 8~32개까지 설정이 가능하다. 그리고 중앙에 위치한 센서번호 설정단계(402)에서는 설치된 센서에서 중앙에 위치한 센서의 번호(3~27)를 설정하고, 센서 사이 거리 설정단계(403)에서는 10~50cm까지 센서와 센서 사이의 거리를 설정한다.

그리고 패닝속도 설정단계(404)에서는 0~24까지 비디오 카메라의 패닝(PANNING)속도를 설정한다. 이때 0으로 갈수록 저속이고, 24로 갈수록 고속이다.

좌측 한계값 설정단계(405)에서는 강사가 맨 좌측 센서의 감지범위를 벗어났을 경우, 비디오 카메라(30)가 좌측으로 이동하여 보여줄 거리를 설정한다. 0~100Cm까지 설정 가능하다. 우측 한계값 설정단계(406)에서는 강사가 맨 우측 센서의 감지범위를 벗어났을 경우, 비디오 카메라(30)가 우측으로 이동하여 보여줄 거리를 설정한다. 0~100Cm까지 설정 가능하다.

도 5는 본 발명의 강사 추적시스템에서 사용자 정의 절차를 도시한 순서도로서, 메뉴 버튼(K1)의 선택에 따라 틸트 조정단계(503~506)와, 줌 조정단계(507), 줌 에리어 조정단계(508), 포커스 조정단계(509)로 이루어진다.

도 5를 참조하면, 표시부(24)에 "CATS Tracking"이라는 문자가 표시되면 메뉴 버튼(K1)을 조작하여 원하는 조정기능을 선택한 후 조정한다(501,502). 메뉴 버튼(K1)을 1회 누르면 틸트 조정단계(503~506)가 실행된다.

틸트 조정단계에서는 표시부(24)에 "TILT VALUE:[0000]"라는 문자가 표시되 고, 이때 회면을 보면서 원하는 틸트값으로 업/다운 버튼(K3,K4)을 사용하여 정하고, 셋 버튼(K2)을 누르면 설정된 값이 저장된다(503~506). 이때 사용할 수 있는 틸트값은 "FED4(아래)"부터 "012C(위)"까지이며, 센터값은 "0000"이다.

메뉴 버튼(K1)을 2회 누르거나 틸트조정단계에서 메뉴 버튼(K1)을 1번 누르면 "ZOOM VALUE: ON(OFF)"가 표시된다. 가변 줌 기능을 사용할 경우 "ON", 강사 고정 줌을 사용할 경우에는 "OFF"를 업/다운 버튼(K3,K4)을 이용하여 선택한 후 셋 버튼(K2)을 눌러 저장한다(507). "ON"을 선택한 경우, 줌 에리어에 대한 메뉴가 다음 단계에서 표시되고, "OFF"를 선택한 경우 줌 에리어 메뉴를 건너뛰어 포커스 조정 메뉴가 표시된다. 강사 고정 줌의 값은 "ZOOM AREA 1[M] VALUE: [3FF]"의 값에서 결정되므로 강사 고정으로만 쓸 경우에도 처음 한번은 줌 에리어 값을 설정해줘야 한다.

줌 온/오프에서 온(ON)을 선택하면, "ZOOM AREA 1[M]:[03FF]"가 디스플레이된다(508). "1[M]"은 강사와 다른 사람 한 명이 강단에 올라와서 둘의 간격이 약 1미터인 경우를 말하며, 모니터를 보면서 줌 값을 업/다운 버튼(K3,K4)을 사용하여 원하는 값을 정하고 셋 버튼(K2)을 눌러 저장한다(508). 2[M]~9[M]까지의 거리를 정할 수 있으며, 사용할 수 있는 값은 "0000(줌 아웃)"부터 "03FF(줌 인)"까지이다.

줌 온/오프에서 오프(OFF)를 선택하면, "FOCUS AUTO/FAR VALUE: AUTO""가 디스플레이된다. "AUTO"와 "FAR"값은 업/다운 버튼(K3,K4)으로 선택하고, 셋 버튼(K2)을 눌러 저장한다. 일반적으로 "AUTO"로 사용하고, 강사와의 거리가 15미 터 이상이고 자동초점을 맞추는데 장애가 발생할 경우에만 "FAR"로 사용한다(509). 조정이 완료되면 트래킹 기능을 온한다(510, 511).

도 6은 본 발명에 따른 강사 추적시스템에서 강사 추적절차를 도시한 순서도이다.

모든 조정이 완료된 후 강사가 강단에서 움직이면 센서(10-1~10-n)가 이를 감지한다(601). 마이크로 프로세서(22)는 모든 센서(10-1~10-n)로부터 감지신호를 입력받아 강사가 싱글(1인)이면, 감지된 신호에 따라 비디오 카메라(30)를 이동하여 추적하고, 다수(2인 이상)이면 줌 아웃한 후 비디오 카메라(30)를 이동하여 추적한다(602~604). 정상적으로 비디오 카메라 추적이 진행되지 아니하면, 에러 메시지를 출력한다(605,606). 예컨대, 비디오 카메라(30)에 명령을 주었으나 비디오 카메라(30)에서 제대로 동작하지 못할 경우나 직렬 케이블에 잡음이 심하거나 비디오 카메라(30)에 문제가 있을 경우 "Error Camera" 메시지가 출력되고, 비디오 카메라(30)에 명령을 주었으나 명령 자체가 1분 이상 전달되지 않거나 케이블 절단 및 접촉이 불량한 경우 "Error Communication" 메시지가 출력된다.

강사가 좌/우 센서를 벗어난 지를 판단하여 좌/우 센서를 벗어나면(즉, 오버하면), 시스템 설정 단계에서 설정된 좌/우 한계값 위치로 비디오 카메라(30)를 이동시킨다(607,608).

이상에서는 본 발명을 강단 앞에선 강사를 추적하는 예를 들어 설명하였으나 본 발명은 강사 추적뿐만 아니라 다른 목표물(타겟)의 추적에도 그대로 적용할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 강사가 강단에서 강의하는 전체 영역에 센서를 연속적으로 설치하여 강사의 움직임을 센서가 감지하여 컨트롤러에 전달하면, 컨트롤러가 미리 설정된 값 등을 고려하여 연산한 후 해당 위치로 비디오 카메라가 이동되도록 제어하여 강사를 추적 촬영할 수 있으므로 인터넷 강의나 원격강의에서 역동적인 화면을 구성할 수 있고, 비디오 카메라 조작을 위한 인건비를 절감할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

강단을 가로질러서 일정한 높이와 일정한 간격으로 일렬로 배열되어 감시영역 내의 강사의 위치를 검출하기 위한 다수의 센서들;

줌인/줌아웃 기능과 틸팅, 패닝 동작이 가능하여 제어명령에 따라 상기 강사를 추적하면서 촬영할 수 있는 비디오 카메라; 및

설치시의 시스템 설정과 필요시 사용자 정의 등 다양한 설정이 가능하고, 동작시 상기 다수의 센서들의 각 감지신호들을 입력받아 상기 강사 위치로 상기 비디오 카메라를 패닝시키고, 상기 강사가 상기 다수의 센서들의 가장자리에 위치한 좌/우측 센서의 범위를 벗어나면 시스템 설정과정에서 설정된 좌/우 한계값 위치로 상기 비디오 카메라를 패닝시키도록 제어하는 컨트롤러를 구비하고

상기 컨트롤러는 조작을 위한 키입력수단과, 동작상태 및 설정값을 표시하기 위한 표시부, 센서와 인터페이스를 위한 입출력포트, 비디오 카메라와 인터페이스하기 위한 통신수단, 설정값을 저장하기 위한 이이피롬, 소정의 소프트웨어를 실행하여 상기 키입력수단의 키입력에 따라 상기 이이피롬에 설정값을 저장하고, 상기 표시부를 제어하며, 상기 입출력포트를 통해 입력된 센서신호에 따라 상기 비디오 카메라를 패닝 및 틸딩하기 위한 제어신호를 상기 통신수단을 통해 출력하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 강사 추적시스템.
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제1항에 있어서, 상기 사용자 정의는 비디오 카메라의 틸트값을 설정하는 틸트조정과, 비디오 카메라의 줌을 조정하는 줌 조정, 줌기능이 온된 경우 수행되는 줌 에리어 조정, 줌기능이 오프된 경우 수행되는 포커스 조정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동 강사 추적시스템.
제1항에 있어서, 상기 시스템 설정은 센서 수, 중앙에 위치한 센서의 번호, 센서와 센서 사이의 거리, 패닝속도, 좌/우 한계값을 설정하는 것을 특징으로 하는 자동 강사 추적시스템.
제1항에 있어서, 상기 다수의 센서들은 적외선 감지센서인 것을 특징으로 하는 자동 강사 추적시스템.
제6항에 있어서, 상기 적외선 감지센서는 감지거리를 조정하기 위한 조정볼륨이 설치된 것을 특징으로 하는 자동 강사 추적시스템.
제1항에 있어서, 상기 비디오 카메라와 상기 콘트롤러는 시리얼 통신방식으로 연결된 것을 특징으로 하는 자동 강사 추적시스템.
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